6 лет назад
Нету коментариев

Гидросфера располагается между земной корой и атмосферой и представляет собой совокупность океанов, морей, поверхностных вод, льдов и снегов. Иногда в состав гидросферы включают также подземные воды и воду, содержащуюся в атмосфере и живых организмах (табл. II. З).

T_2_3

Подавляющая часть воды сосредоточена в океанах. Среди других водных объектов выделяются подземные воды и ледники. В подземных горизонтах и ледниках сосредоточена основная масса пресной воды, которая представляет важнейшую часть водных ресурсов человечества. Объем подземных вод, особенно в нижних частях земной коры, оценивается приближенно.

Несмотря на многообразие видов вод, гидросфера едина. Ее единство связано как с общим происхождением всех вод (поступили из мантии Земли), так и с непрерывным обменом между резервуарами.

Мировой океан. Воды Мирового океана составляют 96,5 % массы воды гидросферы. Они покрывают большую часть поверхности планеты (70,8 %), образуя практически непрерывную водную оболочку Земли. Мировой океан — важнейшее звено влагооборота в системе взаимодействия «океан — атмосфера — материки». Он оказывает исключительно большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функции планетарного нагревателя и терморегулятора.

Единый Мировой океан исторически принято делить на отдельные части — океаны. Их морфометрические показатели приведены в табл. II.2. Внутри океанов выделяют более мелкие части: моря, заливы, проливы, лиманы и др.

Морская вода. Мировой океан называют большим отстойным бассейном, поскольку он аккумулирует различные вещества, поступающие с суши. В морской воде присутствуют почти все элементы таблицы Менделеева, однако концентрация различных элементов неодинакова. Средняя соленость Мирового океана около 35 %о, т. е. в1000 кг морской воды содержится 35 кг солей. Подавляющая часть солей — хлориды натрия и магния (88,7 %). Второе место занимают сульфаты (10,8%), затем карбонаты (0,3%) и прочие соединения. Распределение солености в поверхностных водах (рис. II.6) имеет в значительной мере зональный характер. Оно отражает структуру водного баланса в разных„частях Мирового океана. Максимальная соленость (более 36 %о) наблюдается в тропических и частично субтропических районах, т. е. там, где наиболее значительно испарение и в то же время сравнительно мало выпадает атмосферных осадков. Вот почему в целом распределение солености соответствует изолиниям картосхемы (см. рис. III.14), на которой показано распределение разности испарение — атмосферные осадки на океанах. В приэкваториальной зоне происходит некоторое снижение солености. В еще большей степени соленость снижается в умеренных, субполярных и полярных районах.

Соленость вод Мирового океана

Соленость вод Мирового океана

Общие зональные закономерности распределения солености осложняются влиянием региональных факторов. В Атлантическом океане соленость выше, чем в других океанах. В Северном Ледовитом она ниже под влиянием ледового покрова, в Индийском и Тихом — из-за увеличения количества выпадающих над ними осадков.

Во внутренних морях соленость зависит в значительной мере от величины поступающего речного стока и от интенсивности водообмена с открытым океаном. Невелика соленость, например, в Балтийском море (8%о). Значительно ниже средней солености океана соленость в Черном море— 17—18 %о. Зато в Красном море она повышается до 40%о. Это объясняется очень большим испарением с поверхности Красного моря в условиях сильного прогревания и практически отсутствием речного стока в этом районе.

Ниже глубины 2000 м соленость всех океанов близка 34,7— 34,9 %о, т. е. в низких широтах она меньше, чем у поверхности, в полярных — выше.

В воде океанов и морей растворены также газы, наибольшее значение среди которых имеют кислород и диоксид углерода (углекислый газ). Между океаном и атмосферой происходит постоянный обмен газами, так что океан выступает регулятором их содержания в атмосфере.

Важное значение имеет плотность морской воды, средняя величина которой составляет 1,025 г/см3. Как уже говорилось, соленая морская вода имеет максимальную плотность при температуре замерзания. Поэтому охлажденная морская вода погружается вниз. Если бы не было стока в океаны пресных вод, океаны никогда бы не покрывались льдом.

Океанические водные массы. Сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенных районах Мирового океана, обладающий относительно постоянными физическими, химическими и биологическими характеристиками и образующий единый комплекс (природно-аквальный), называют океанической водной массой. Водные массы в океанах являются аналогами природных территориальных комплексов на суше. Границы между водными массами в океане выражены менее отчетливо, чем границы природных территориальных комплексов на суше. По вертикали выделяют четыре основные водные массы или структурные зоны: поверхностную, промежуточную, глубинную и придонную.

Поверхностная структурная зона распространяется примерно до глубин 300 м. Воды этой зоны активно взаимодействуют с атмосферой. Иногда этот слой называют океанической тропосферой по аналогии с тропосферой атмосферы. В поверхностном слое происходит активное перемешивание воды, он богат кислородом и диоксидом углерода, организмами. Его физические характеристики и соленость подвержены колебаниям, связанным с воздействием атмосферы. Поверхностные воды захвачены течениями, которые образуют специфические круговороты (см. III. 2.3).

Поверхностные воды в горизонтальном направлении разделяются океаническими фронтами на водные массы. Выделяют следующие типы водных масс в поверхностной структурной зоне.

1. Экваториальные с температурой воды 26—28 °С, соленостью 33—35 %о, содержанием кислорода 3—4 г/м3 и относительно небольшой насыщенностью жизненными формами.

2. Тропические, подразделяющиеся на северотропические и южнотропические, с температурой воды от 18 до 27 °С, соленостью 34,5—35,5 %о, содержанием кислорода 2—4 г/м3.

3. Субтропические, подразделяющиеся на северные и южные субтропические, с температурой от 15 до 28 °С, соленостью от 35 до 37 %о, содержанием кислорода 4—5 г/м3.

4. Субполярные, подразделяющиеся на субарктические и субантарктические, с температурой от 5 до 20 °С, соленостью 34— 35 %о, содержанием кислорода 4—6 г/м3. Весьма богаты жизненными формами: рыбой, млекопитающими (киты, тюлени и др.). Именно в этих водных массах находятся основные рыболовецкие районы.

5. Полярные, включающие арктические и антарктические водные массы, с низкими температурами (от 5 до —1,8 °С), с пониженной соленостью (32—34%о), весьма богатые кислородом (5— 7 г/м3). Большую часть года они покрыты льдами, но тем не менее богаты жизнью, особенно в контактных зонах (каменистые берега, кромка льдов и др.).

Природные особенности перечисленных водных масс в большой степени определяются особенностями вертикальной циркуляции, которая будет рассмотрена ниже.

Переходная, или промежуточная, структурная зона располагается на глубинах от 300 до 2000 м. В полярных районах воды этой зоны характеризуются сравнительно высокой температурой, поскольку с поверхности ее перекрывает примерно стометровый слой поверхностной зоны, имеющий низкую температуру и низкую соленость.

Глубинные водные массы занимают большую часть объема океана. Для них характерна невысокая температура (2—3°С), отсутствие ее сезонных колебаний, а также сезонных изменений солености, содержания кислорода и других характеристик, которые подвержены сезонной изменчивости в вышележащих водных массах.

Придонные воды заполняют наиболее глубокие части океана. Как и глубинные водные массы, они образуются в результате опускания холодных полярных поверхностных водных масс. В придонных водах наблюдается некоторое повышение температуры (примерно на 0,1 °С). Это повышение связывают с потоком тепла из недр.

Океанические фронты, формирующиеся в зонах контакта и взаимодействия различных водных масс, отличаются вихревыми движениями вод — циклоническими и антициклоническими, скоплением жизни, активным взаимодействием с атмосферой. Они динамичны и неустойчивы. Только некоторые из них отличаются приуроченностью к определенным районам.

Поверхностные воды суши. Они представлены реками, озерами и водами болот и составляют всего 0,014 % от мировых запасов воды. Несмотря на незначительный процент их в мировых запасах воды, они играют существенную роль в природных процессах, протекающих в географической оболочке.

Реки. Наиболее активным элементом этой группы вод являются реки. В руслах рек находится одновременно примерно 2100 км3 воды, в то время как в океан стекает за год 47 000 км3. Значит, объем воды в реках обновляется примерно каждые 16 дней. Такова интенсивность обмена воды в реках. Для сравнения укажем, что воды океана проходят через большой круговорот примерно за 2,5 тыс. лет.

Важнейшей характеристикой рек (наряду со стоком) является их питание. Выделяются реки со снеговым, дождевым, ледниковым и подземным питанием. Более или менее значительные реки имеют, как правило, смешанное питание, включающее и дождевое, и подземное, а нередко и снеговое, и ледниковое. Это зависит от величины бассейна и разнообразия его ландшафтов. Существенным элементом питания рек являются подземные воды, обеспечивающие постоянство водного потока рек. В годовом итоге им принадлежит до 30 % суммарного стока рек.

Годовой сток рек тесно связан с их питанием. Так, реки преимущественно снегового питания обладают ярко выраженным весенним половодьем и летней меженью (реки европейской части СССР). Реки ледникового питания отличаются преимущественно летним стоком, так как в этот сезон года особенно интенсивно тают снега и ледники в горах (Амударья, Сырдарья, Кубань, Терек и др.). Сток в реках дождевого питания зависит от сроков преимущественного выпадения осадков: он может быть летним (в областях мусонного климата), зимним (в средиземноморских областях), может быть равномерным в течение всего года (реки Западной Европы). Следовательно, речной сток в большой мере определяется климатическими условиями в речных бассейнах. Это дало основание климатологу А. И. Воейкову сделать заключение, что «реки — продукт климата».

Текучие воды рек обладают кинетической энергией, производят значительную работу, размывая русло и транспортируя продукты размыва — аллювий. Речные отложения образуют аллювиальные равнины, например Амазонскую, Западно-Сибирскую, Восточно-Китайскую, Конголезскую и др. Ими сложены дельты в устьях рек (pp. Нил, Лена, Волга, Парана) и речные террасы на склонах долин.

Речные воды не только механически разрушают, но и растворяют горные породы, а затем транспортируют и аккумулируют вещества в виде ионов, коллоидов, биогенных веществ, микроэлементов и др. В океан выносится ежегодно около 1,6-1012—1,7-1012 кг растворенных веществ, в том числе 0,72- 1011 кг органических веществ.

В современную эпоху наблюдается загрязнение поверхностных вод органическими и неорганическими веществами промышленного и сельскохозяйственного происхождения, минеральными удобрениями. В результате некоторые озера эвтрофируются, т. е. бурно зарастают водорослями (преимущественно синезелеными), которые получают обильное питание в виде указанных загрязнений. Опасно загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами, химическими отходами, средствами защиты растений.

Обращает на себя внимание различие химического состава солей, растворенных в морских и речных водах. Если в океанических водах преобладают хлориды и сульфаты при незначительном участии карбонатов, то в реках абсолютно господствуют карбонаты (до 60 % массы солей). В морской воде их всего 0,3 %.

Озера. Роль озер в географической оболочке достаточно важна и многообразна. Прежде всего, они — регуляторы речного стока, в особенности в реках, вытекающих из озер. Озера часто служат крупными аккумуляторами пресной воды: Байкал — 23-1012м3, Танганьика— 18,9-1012, Верхнее— 16,6-1012 м3 и др. Озера содержат запасы ценных видов рыб и т. д. В некоторых озерах добывают полезные ископаемые.

Озера играют существенную роль в водном балансе поверхностных вод суши. Общая площадь, занимаемая ими, оценивается приблизительно в 2 млн. км2 с суммарным объемом вод свыше 1.76Х 1014 м3. Это в четыре раза превышает суммарный годовой сток всех рек земного шара. В пресноводных озерах содержится около половины общего объема вод озер (0,91 • 1014 м3).

Человечество создало (почти исключительно во второй половине XX в.) большое количество (около 10 тыс.) искусственных озер. В настоящее время водохранилища имеют общий объем вод около 5-1012 м3. Наибольшее количество крупных водохранилищ создано в СССР, а также в США, Канаде, КНР, Индии и других странах. Они имеют водорегулирующее, мелиоративное, судоходное, рыбохозяйственное и другие значения и функции. Кроме крупных водохранилищ создано большое число (сотни тысяч) прудов, имеющих водохозяйственное и рыбохозяйственное значения.

Болота. Это области суши, характеризующиеся резко избыточным увлажнением, застойным или слабо проточным режимом вод и специфической гигрофитной растительностью. Общая площадь болот на земном шаре составляет около 2,7-106 км2, что составляет около 2 % суши. Суммарный объем болотных вод мира около 11,5Х Х109 м3. Это в 5 раз превышает разовый объем воды в руслах рек. Болота служат аккумуляторами атмосферных, речных, грунтовых вод. Медленно отдавая эти воды в реку, они тем самым регулируют меженный сток.

Подземные воды. Они находятся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состояниях. По происхождению различают такие типы подземных вод: инфильтрационные, образовавшиеся вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод; конденсационные, возникающие в порах и трещинах горных пород из водяного пара; седиментационные, формирующиеся в процессе геологического осадконакопления в водных условиях; магматогенные, или ювенильные, образующиеся при кристаллизации магмы и метаморфизации горных пород. Полагают, что большая часть вод гидросферы произошла за счет дегазации магмы.

По физическому состоянию подземные воды бывают семи типов. 1. Гравитационные воды. Они перемещаются под действием силы тяжести, заполняют трещины и пустоты земной коры, перемещаются по ним, а также занимают замкнутые понижения на земной поверхности, образуя океаны, моря, озера.

1. Капиллярные воды. Они заполняют мелкие поры в почве и горных породах, удерживаются за счет сил поверхностного натяжения и перемещаются в зависимости от градиента температуры и влажности породы даже против градиента силы тяжести (благодаря этому, в частности, грунтовые воды поступают к поверхности). Гравитационные и капиллярные воды активно участвуют во влагообороте.

3. Пленочная вода. Она обволакивает частицы почвы и притягивается к ним силой поверхностного натяжения, поэтому слабо участвует во влагообороте и плохо используется растениями.

4. Гигроскопическая вода. Она обволакивает мелкие агрегаты почвы, удаляется только при сильном нагревании.

5. Кристаллизационная вода физически связана в минералах (гипсе и др.), поэтому при ее удалении изменяются их физические свойства.

6. Конституционная вода. Она химически связана в минералах таким образом, что при ее удалении минералы разрушаются.

По характеру заполнения горных пород подземные воды подразделяются на следующие типы: поровые, заполняющие пески, галечники и другие рыхлые породы; трещинные, или жильные,— в скальных породах (гранитах, песчаниках и др.); карстовые — в растворимых горных породах — известняках, доломитах, гипсах, каменной и калийной солях и др.

В подземных водах также наблюдается определенная стратификация (слоистость). Первый от земной поверхности постоянно существующий безнапорный горизонт называется грунтовыми водами. Подземные воды, залегающие ниже грунтовых и отделенные от них пластами водонепроницаемых пород, называют межпластовыми. Они обычно находятся под гидростатическим давлением и в таком случае называются напорными или артезианскими.

Грунтовые воды, как правило, пресные (содержание солей до 1 г/л) и относятся к зоне активного водообмена с поверхностными водами и прежде всего речными, так как реки дренируют этот горизонт, взаимодействуя с ним. Грунтовые воды наиболее полно отражают природные особенности территории. Мощность зоны грунтовых вод может достигать 100 м.

Межпластовые и трещинные воды примерно до глубины 200— 300 м относятся к зоне относительно активного водообмена. В этой зоне подземные воды частично разгружаются в глубокие речные долины и океан. Они по преимуществу пресные или слабоминерализованные (могут содержать до 10 г/л солей).

Зона замедленного водообмена находится ниже уровня моря. Ее подземные воды разгружаются только в океан. Они преимущественно соленые (до 50 г/л), а иногда представляют рассолы (свыше 50 г/л).